Basınç
Ters bir şekilde çiviyi duvara çakabilir misiniz? Bıçağın tersiyle bir şeyler kesebilir misiniz?
Kalemi iki parmağınızın arasında tutunuz. Ne hissediyorsunuz?
Katı, sıvı ve gazların bir ağırlıkları vardır. Madde ağırlığından dolayı bulunduğu yüzeye bir kuvvet uygular. Uygulanan bu kuvvete basınç denir.
Kış aylarında giydiğimiz bot tabanlarının geniş yüzeye sahip olması ile karlı yolları açmak için kullanılan kepçe tekerlerinin paletli yapılması, çivilerin daha iyi delebilmesi ve bıçağın daha iyi kesebilmesi için uçlarının sivriltilmesi gibi durumların tümü basınçla alakalıdır.
Birim yüzeye etki eden dik kuvvete basınç denir. Basıncı, katılarda, sıvılarda ve gazlarda olmak üzere üç bölümde inceleyebiliriz.
Katıların Basıncı
Katı cisimler, ağırlıklarından dolayı bulundukları yüzeye kuvvet uygulayarak bir basınç oluştururlar.
Katılarda basınç, cismin ağırlığının yüzey alanına bölünmesi ile bulunur.
Birim yüzeye dik etki eden kuvvete basınç adı verilir.
Basınç ‘P’ harfi ile gösterilir .
Birim ise Pascal (Pa)‘dır. Not: 1kPa= 1000 Pa
Katı Basınç Nelere Bağlıdır
Basınç, ağırlıkla (kuvvet) doğru orantılıdır.
Kuvvet arttıkça basınçta artar. ( Yüzey alanı sabit )
Bir tuğlanın yere yaptığı basınç azken üst üste iki tuğlanın yaptığı basınç daha fazladır.
Pz > Py > Px
Kuvvet aynı kalmak şartıyla yüzey alanı arttıkça basınç azalır. ( Kuvvet sabit )
Px > Py
Bir iğne ucu sivriyken daha iyi batar, ucu körelmiş bir iğne zor batar.
Katı cisimler üzerine uygulanan kuvvet, cisim tarafından büyüklüğü ve yönü değiştirilmeden iletilir. Bu yüzden katılar basıncı aynı yönde iletir. Bildiğiniz gibi basınç, kuvvete ve yüzeyin büyüklüğüne bağlıdır. Bu nedenle kuvvetin uygulandığı yüzey ile cismin oturduğu ya da dayandığı yüzey birbirine eşit ise basıncın büyüklüğü değişmez.
Not: Basınç kuvveti, basıncın oluşmasını sağlayan kuvvettir. (F kuvveti)
Basıncı artırmaya örnekler
Bıçağın meyveyi kesmesi için ağzı keskinleştirilir.
Sivri topuklu ayakkabının kuma gömülmesi Krampon tabanında sivri çiviler olması.
Kışın tekerlere zincir takılması
Toplu iğnenin ucunun sivri olması
Botların altının tırtıklı olması
Patenlerin sivri olması
Tavukların ayaklarının perdesiz olması
Dişlerimizin keskin olması
Tırnakların sivri olması
Basıncı azaltmaya örnekler
Kamyonların teker sayısının fazla olması
Kepçeler de palet olması
Kışın karda ayağımızın batmaması için geniş tabanlı kar ayakkabıları giyeriz.
Doğada yaşayan büyük ağırlıklı hayvanların ayak yüzeyleri oldukça geniştir. Örneğin Fil, deve ve ayı gibi hayvanların ayaklarının geniş olması
Kaz ve ördeklerin ayaklarının perdeli olması
Raptiyenin bastırdığımız ucunun geniş olması
Tek çivi balonu patlatırken, çok sayıda çivi balona batırıldığında balon patlamaz.
Bağımsız değişken; bizim değiştirdiğimiz değişkendir.
Bağımlı değişken; bizim değiştirdiğimiz değişkenden etkilenen, bağımsız değişkene bağlı olarak değişen değişkendir.
Kontrollü ve sabit tutulan değişken; kontrolümüzde kalan, miktarı değişmeyen değişkenlerdir.
Örnek :
Sütün bozulmasına, sıcaklığın etkisini kontrollü deneyle gözlemlemek istiyoruz.
Aynı marka, aynı miktar, aynı hava ortamı vb. değişkenler aynı tutularak, özdeş iki kaba süt konulur.
1.kaptaki süt, 5 c`de, 2.kaptaki süt ise;30 c`de tutulsun.
Bağımsız değişken: sıcaklık, ( bizim değiştirdiğimiz etken) Bağımlı değişken: sütün bozulması (veya üretilen bakteri sayısı),
Sabit tutulan değişkenler: süt miktarı, markası(cinsi), konulduğu kap, havası vb.
Örnek Sorular
1. Birim yüzey küçüldükçe cismin yere uyguladığı basınç fazladır. Şekildeki cisimlerin ağırlıkları birbirine eşittir. Yere dayanma yüzeyleri şekil üzerinde belirtilmiştir. Buna göre hangi seçenekteki oluşturulan düzeneğin yere uyguladığı basınç daha çoktur?
2. 20 N ağırlığında küp şeklindeki bir cismin kenar uzunluğu 2 m dir. Buna göre cismin yere uyguladığı basınç ne kadardır?
S= 2x 2= 4 m2 P= F/S P= 20N/4m2 = 5 Pa 3. Şekildeki K, L ve M cisimleri
eşdeğer küpler birbirlerine perçinlenerek oluşturulmuştur. Bu cisimlerin zemine uyguladıkları basınçlar arasında nasıl bir ilişki vardır?
Pk = PL > Pm
4. Özdeş küplerden oluşmuş X ve Y cisimlerinin yere yaptıkları basınçları Px ve Py dir. Buna göre Px / Py nedir?
Px= F/S Py = F/S Px= 3/1 = 3 Pa Py = 4/2 = 2 Pa
Px/Py 3/2
5. Yüzey alanları verilen K, L ve M cisimlerinin yere yaptıkları basınçlar eşittir. Buna göre cisimlerin ağırlıklarını büyükten küçüğe göre sıralayınız.
PK = PL = PM (Basınçlar eşit olduğundan işlem kolay olsun diye basıncı 1Pa alalım.)
P = F / S F= P x S
FK = 1 x 3 = 3N FL = 1 x 1 = 1N FM = 1x2 = 2N K > M > L olur.
Sıvıların Basıncı
Sıvılar akışkandır. Bu nedenle sıvılar temas ettikleri yüzeye basınç uygular. Sıvının bulunduğu kabın tabanına uyguladığı basınç sıvının ağırlığından kaynaklanır.
h Sıvı basıncını hesaplarken sıvının ağırlığını derinlikle ölçeriz.
K L M
Sıvı Basıncı Nasıl Hesaplanır?
P = h . d . g (Perşembe haftanın dördüncü günü)
P: Sıvı basıncı
h: Yükseklik (Derinlik) d: Sıvının yoğunluğu
g: Yer çekimi ivmesi (Dünya üzerinde çok fazla değişmediği için kullanılmayacak)
Not: Sıvı, basıncı yükseklik ve yoğunlukla doğru orantılıdır.
Sıvı basıncı sabitken yükseklik ve yoğunluk ters orantılıdır.
Basınç formülü kullanılmayacak sadece basıncın nelere bağlı olduğu bilinecektir.
Sıvıların basıncı nelere bağlıdır
Sıvının derinliğine bağlıdır. ( Derinlik için yükseklik ifadesi de kullanılır.) Sıvının derinliği arttıkça yaptığı basınçta artar. (Yoğunluk sabit olursa) Yüksekliği fazla suyun tabana yaptığı basınç fazladır.
Yüzeyde yüzen bir dalgıca uygulanan sıvı basıncı deniz tabanında yüzen dalgıca göre daha azdır.
h1 > h2 > h3
Sıvının derinliği arttıkça yaptığı basınçta artar. ( Yoğunluk sabit olursa ) Basıncın fazla olduğu delikten çıkan su daha uzağa fışkırır.
Sıvının yoğunluğuna bağlıdır.
Sıvının yoğunluğu arttıkça basıncı da artar. (Derinlik sabit tutulacak) Aynı yükseklikte su ve alkolden, suyun yoğunluğu fazla olduğu için tabana yaptığı basınç daha fazladır.
Not : Sıvı basıncı kabın şekline bağlı değildir.
Sıvıların kabın tabanlarına yaptığı basınç derinlik aynı olduğu için hepsinde aynıdır.
h h h
l l
l
Bileşik Kap Örnekleri
Şekildeki bileşik kabın içerisine konulan sıvının yüksekliği eşittir.
Buradan sıvı basıncının kabın şekline bağlı olmadığını anlarız.
Su deposunun yüksekliğinden az bütün evlere su gelecektir.
Pascal Prensibi (Sıvıların basıncı iletmesi)
Sıvıların sıkıştırılabilme özelliği yoktur. ( Geçen yıl
öğrenmiştik.) Bu nedenle sıvılar, uygulanan basıncı her yöne ve eşit olarak iletir. Buna pascal prensibi denir.
Not: Basınç değişmez, fakat basınç kuvveti alanın büyüklüğüne göre değişir.
İçi su dolu balonuna eşit büyüklükte delik açılıp üzerine bastırıldığında, deliklerden fışkıran suların aynı uzaklığa gittiği görülür. Bunun sebebi Paskal prensibine göre sıvı basıncı her noktaya aynen iletilmesidir.
Pascal prensibinin uygulama alanları
1. Su cenderesi: Kesitleri farklı 2 silindirin tabanından birleşmesiyle oluşan bir bileşik kaptır. Küçük piston üzerine uygulanan az kuvvet, büyük silindirde fazla olarak elde edilir. (F < G) Sıvı basıncı her tarafta aynıdır.
2. Otomobil fren sistemleri
Otomobiller fren sistemleri Pascal prensibi ile çalışır.
3. Hidrolik kaldırma sistemleri (Hidrolik lift)
Traktör, itfaiye merdiveni, kepçe, damperli kamyon gibi araçlarda kullanılır.
4. Su Tulumbası
Su kuyularından, su çekmek için geliştirilmiştir.
5. Berber koltuğu
Az bir kuvvet uygulanarak koltuk kaldırılabilir.
6. Hidrolik direksiyon
Araçlarda kullanılan hidrolik direksiyon az bir kuvvetle tekerin çevrilmesini sağlar
6. Hidrolik direksiyon
Araçlarda kullanılan hidrolik direksiyon az bir kuvvetle tekerin çevrilmesini sağlar
7. İlaç pompaları
İlaçlama yapmada kullanılan pompa (tulumba) Pascal prensibi ile çalışır.
8. Hidrolik Pres
Sanayi ve hurdalıklarda sıkıştırma amacı ile kullanılır.
9. İtfaiye, kamyon, vinç gibi araçlarda kaldırmak işi için sıvı basıncından yararlanılır.
10. Bahçe hortumun ucu sıkıştırıldığında su daha ileri gider. Sıvı basıncı artırılmış olur.
11. Şırınganın içerisine sıvı çekmek için sıvı basıncı kullanılır.
12. Köylerde su basıncının belirli bir seviyede olması için su depoları kullanılır.
13. Yağdanlık,
14. Parfüm şişelerinde de Pascal Prensibi kullanılır.
SORULAR
Soru: 1
Şekildeki kaplar belirtilen yüksekliklerde
su ile doldurulmuştur.
Kapların tabanlarına yaptıkları basınçlar arasındaki ilişki nasıldır?
X = Y > Z
Soru: 2
Şekildeki kapta bulunan K-L-M noktalarında oluşan basınçları büyükten küçüğe doğru sıralayınız.
L > M > K
Not : M noktasının üzerinde su yok diye basınç yok gibi düşünmemek gerekir.
Soru: 3 Sıvıların kapların tabanlarına yaptığı basınçları arasında
nasıl bir ilişki vardır?
Soru: 4
II. durumda basınç artar mı?
Kabın zemine uyguladığı basınç ne olur?
Soru : 5
Sıvı basıncını etkileyen derinlik ve yoğunluk faktörleri incelemek için hangi kaplar kullanılmalıdır? ( 1. Kapta cıva, 2. Ve 3. Kapta su 4. Kapta yağ vardır.)
Derinlik: 2 ve 3 Yoğunluk : 1 ve 4
Soru : 6
Şekildeki kabın tamamı 9 dakikada dolmaktadır. Musluk 4 dakika açık bırakılınca kabın tabanındaki K ve L noktalarının basınçları oranı PK / PL ne olur?
Tamamı 9 dakikada doluyorsa her bir bölüm 1 dakikada dolar. Musluk açılınca L noktasının bulunduğu bölüm ayrıldığı için önce iki bölüm dolar sonra K noktasının bulunduğu bölümde iki bölüm dolar. K noktası h derinlik olunca L noktası 2h olur.
PK / PL = ½ olur.
I II
dsu > d
yağ
Gazların Basıncı
Dünya’nın etrafı atmosfer tabakası ile çevrilidir. Azot, oksijen, az miktarda hidrojen, su buharı, karbon dioksit ve diğer gazlardan oluşan atmosfer, ağırlığından dolayı temas ettiği bütün yüzeylere basınç uygular. Buna, açık hava basıncı ya da atmosfer basıncı denir. Gazlar bulundukları kabın tamamını doldurur, bu nedenle içinde bulundukları kabın her tarafına basınç uygular. Gazlar da sıvılar gibi akışkandır. Gazlar içerisinde bulunan cisimlere basınç uygular.
Açık Hava Basıncının Ölçülmesi
Dünya'nın etrafını saran atmosfer, ağırlığından dolayı basınç uygular.
Açık hava basıncını bulan bilim insanı Toriçelli'dir. Toriçelli 1 m uzunluğunda ve 1cm2 yüzeyinde bir cam boruyu cıva ile doldurup cıva dolu bir kabın içine ters çevirmiştir. Yerçekiminden dolayı cıvanın tamamının akması gerekiyor. Ancak cıva akmıyor bir kısmı boşalan cıvanın kalan kısmını ölçüyor. 76 cm buluyor. Demek ki diyor bu cıvanın akmasını engelleyen bir neden var. Bu nedeni de atmosfer basıncı olarak belirliyor. Cıva seviyesini deniz seviyesinde ve 0 °C'de 76 cm olarak ölçmüştür. ( d cıva = 13,6 g/cm3) P= h x d x g
P= 76 x 13,6 x 1 g/cm3
P = P0 = 1033,6 g.f/cm2 = 1 atm
Not: Cıva seviyesi, borunun kalınlığına şekline bağlı değildir.
Not : Açık Hava Basıncı deniz seviyesinden yukarıya doğru çıkıldıkça azalır.
Açık hava basıncı deniz seviyesinden yukarı doğru çıkıldıkça düşer. Bu düşüş her 10,5 m’de 1 mm - cıva dır. Yükseklerde atmosferin yoğunluğu daha azdır.
Not : Deniz seviyesinde 0 °C de açık hava basıncını 76 cmHg (Cıva) ölçmüştür. Toriçelli deneyinde cıva yerine su kullanılmış olsaydı, su seviyesi daha fazla olacaktı.
(Yaklaşık 10.5 metre)
Not: Açık Hava Basıncı = Atmosfer Basıncı = 1 atm (76 cmHg)
Açık hava basıncı nelere bağlıdır?
Açık hava (Atmosfer) basıncı yeryüzüne (deniz kenarına) yaklaştıkça artar, yeryüzünden uzaklaşıldıkça azalır. Basınç derinlikle doğru orantılıdır. Yeryüzüne yaklaşıldıkça atmosfer kalınlığı arttığı için gaz miktarı ve gazların ağırlığı artar.
Açık hava basıncının değeri yeryüzüne yakın yerlerde en büyüktür. Yükseklere çıkıldıkça, hava molekülleri azalacağı için açık hava basıncının değeri azalır.
Açık hava basıncının varlığını gösteren örnekler.
Açık hava basıncının varlığının gözlenmesi ağzına kadar su dolu bir bardak, kâğıtla kapatılıp ters çevrildiğinde kâğıt yere düşmez. Bunun sebebi açık hava basıncının bardak içindeki sıvı basıncını dengeler.
Bir pet şişenin içindeki hava çekilirse, şişenin büzüldüğü görülür. Bunun sebebi plastik şişenin içindeki hava boşalınca iç basınç hava basıncından daha küçük olur ve şişe içe doğru büzülür.
Meyve suyu kamış ile kutudan çekilirken iç basınç düşer ve kutu yüzeyleri açık hava basıncı etkisiyle içeriye doğru büzülür.
Kamışla bir bardaktan meyve suyu çekerken, kamışın içinde hava basıncı düşer. Kamışın alt ucundaki basınç üst ucundakine göre daha yüksek olduğu için sıvı kamışın içinde yukarı doğru hareket eder.
Düz yüzeylere yapışan askıların içindeki hava basıncı, dıştaki hava basıncından daha düşük olduğu için askı yapıştırıldığı yüzeyde asılı kalır.
İnsan vücudunda iç basınç (kan basıncı) dış basıncı (atmosfer basıncını) dengeler. Fakat yükseklere çıkıldıkça hava basıncı düşer, bu yüzden bazı insanların burunlarında iç basınç fazla geldiği için kanama olur.
Atmosferi, bir hava denizi olarak düşünürsek, insan bu denizin dibinde duran bir balık gibi düşünülebilir. Hava da su gibi akışkan olduğu için, açık hava basıncı insana her doğrultuda etki eder.
Her 1cm2 ye 10 N’luk kuvvet uygular. Ortalama bir insan vücudunun yüz ölçümü 1,5 m2 ise, bir insan vücuduna etki eden havanın ağırlığı:
F = 100 000 x 1,5 m2 F = 150 000 N olur.
Bu basınç VÜCUT içi SIVI BASINCI ile dengelenir ve hissedilmez.
Magdeburg Deneyi
Magdeburg yarım küreleri hava olmayacak şekilde birleştirilir.
Kürenin içerisindeki hava boşaltıldığında küreler birbirinden ayrılmaz. Çok güçlü atlar çektiklerinde birbirinden zorlukla ayırabilmiştir. Bu deney açık hava basıncının büyüklüğünü göstermektedir.
Isıtılan Teneke Kutu Deneyi
Teneke kutu ısıtılıp, ağzı sıkıca kapatıldıktan sonra soğumaya bırakıldığında teneke kutu içerisine doğru büzülür.
Çay Tabağı ve Çay Bardağı
Çay tabağı ve çay bardağı arasına su girdiğinde, tabak bardakla beraber tabakta kalkar. Bu olay açık hava basıncını gösterir.
Haşlanmış Yumurta Deneyi
Cam şişe içerisinde kibritle ateş yakılarak atılıp, şişenin ağzına haşlanmış yumurta yerleştirilirse şişe içerisinde ateş söndüğünde yumurta da şişe içerisine düşecektir.
Balon deneyi
Gökyüzüne yükselen uçan balon bir süre sonra patlar. Bunun nedeni yerden yükseldikçe Açıkhava basıncı azalır. Balondaki gazın basıncı artar, bir süre sonra balon bu basınç artışına dayanamaz ve patlar.
Hava Basıncını Ölçmek İçin Kullanılan Aletler
Açık hava basıncını ölçmek için kullanılan aletlere barometre denir. Iki çeşit barometre vardır.
Bunlar, cıvalı barometre ve metal barometredir.
Cıvalı Barometre
Bunun diğer adı sifonlu barometredir. Şekilde görüldüğü gibi alt ucu U şeklinde kıvrılmış bir cam borudur. Bu kıvrım cıva çanağı görevini yapar. Cam boru cıva ile doldurulduğunda borunun uzun ve kısa kolundaki cıva seviyeleri arasındaki fark açık hava basıncını verir.
Cıvalı barometrenin yapısı taşımak için uygun değildir, cıva dökülüp cam kırılabilir.
Metal Barometre
İçi boş esnek metalden yapılmış bir kutudan oluşur. Metal kutunun yüzeyi havayla temas alanını arttırmak için kıvrımlıdır. Kutunun içeri çökmesini engellemek için içinde yay bulunur. Kutunun üzerine hava basıncını göstermek için bir ibre konmuştur. Kutunun içeri ya da dışarı hareket etmesiyle ibre de hareket ederek basınç değişimlerini gösterir.
Basınçtan Yararlanarak Derinlik ve Yükseklik Ölçen Aletler
Batimetre: Basınç değişiminden yararlanarak deniz ve göllerin derinliğini ölçmeye yarayan alet
Altimetre: Deniz seviyesine göre, atmosfer basıncından faydalanarak yükseklik ölçen alettir.
Kapalı kaptaki gazların basıncı
Kapalı kap içerisinde bulunan gaz tanecikleri hareket ederken kaba çarparak basınç oluşturur.
Kapalı kaplardaki gazın basıncı "Manometre" ile ölçülür.
Çakmak, mutfak tüpü, yangın söndürücü, deodorant kapları, şişirilmiş balon ve futbol topunda bulunan gaz kapalı kaplardaki gazlara örnektir.
Kapalı kapta bulunan gazın basıncı her noktada aynıdır.
Kapalı kapta bulunan gazın basıncını;
A) Sıcaklık; arttığında taneciklerin hızı artar. Bunun sonucunda basınç artar.
B) Kabın içine dışarıdan gaz ilave edilip yani gaz miktarı arttırılırsa tanecik sayısı artacağından buna bağlı olarak da basınç artar.
C) Kabın hacmi artarsa basınç azalır. Azalırsa basınç artar.
Not: Gazlar sıkıştırıldığında basınçları artar.
Basıncın Günlük Yaşamda ve Teknolojide Uygulamaları
Pipet ile meyve suyunu içmek için açık hava basıncından yararlanırız.
Boya makinelerinde gaz basıncından yararlanılır.
Emme basma tulumbalarda açık hava basıncından yararlanılır.
Yangın tüpü, mutfak tüpü ve oksijen tüpünde gaz basıncından yararlanılır.
Parfümlerde gaz basıncından yararlanılır.
Otomobil hava yastıklarında gaz basıncından yararlanılır.
Elektrikli süpürgenin tozu çekmesi hava basıncı ile gerçekleşir.
Vantuzların cama yapışması hava basıncı sayesinde olur.
Vakumlu poşetler içerisinde hava basıncı alınmıştır.
Tıkanan lavaboları açmakta kullanılan lavabo açıcılar açık hava basıncından yararlanılır.
Deniz seviyesinden yükseklere çıkıldıkça açık hava basıncının azalmasından dolayı kulaklarımız tıkanır, burnumuz kanar. (Kulak tıkanıklığı basınç artmasından da kaynaklanabilir.)
Zeytin yağ tenekesinden yağ boşaltılırken yağın düzgün akabilmesi için tenekeye ikinci bir delik daha açılır.
Çay demliğinden çayın daha fazla akması için kapağın açılması gerekir.
Örnek Sorular
Soru 1: X, Y ve Z noktalarındaki basınçları azdan çoğa doğru sıralayınız.
Pz < Py < Px
Soru 2: Yandaki şekilde belirtilen X, Y ve Z noktalarında ölçüm yapılan deney düzenekleri nasıl eşleştirilirdi?
III – Px, II – Py, I - Pz
